وحدة معالجة الغاز الذيلي تضمن انبعاثات أنظف في محطات معالجة الغاز

دور وحدة معالجة الغاز الذيلي في سد الفجوة في استرداد الكبريت

تؤدي وحدات استرداد الكبريت بالطريقة الكلاوسية دورًا جيدًا جدًّا في تحويل معظم كبريتيد الهيدروجين (H₂S) إلى كبريت عنصري، لكن تظل هناك مشكلة كبيرة لم تُحل بعد. فما يتبقى في تيار الغاز الذيلي يشمل ثاني أكسيد الكبريت (SO₂)، وكربونيل سلفيد (COS)، وثنائي كبريتيد الكربون (CS₂) بتركيزات تتراوح بين ٣٠٠ و٥٠٠ جزء في المليون حجميًّا. وتحدث هذه المركبات المتبقية أساسًا بسبب طبيعة العمليات الحرارية الديناميكية في هذه العمليات، إضافةً إلى بعض التفاعلات غير المكتملة التي تحدث أثناء المسار. فإذا لم تُتخذ أي إجراءات لمعالجة هذه المركبات، فإن هذه الغازات المتبقية ستؤدي في النهاية إلى مشاكل تتعلق بهطول الأمطار الحمضية، والتعارض مع اللوائح البيئية، وإبقاء معدلات استرداد الكبريت عالقةً ما بين ٩٧٪ و٩٨٪. وهذا يترك هامشًا كبيرًا للتحسين في التطبيقات الصناعية.

لماذا تُعد وحدات الكلاوس وحدها غير كافية: وجود SO₂ وCOS وCS₂ المتبقي في الغاز الذيلي

تواجه عملية كلاوس قيودًا جوهرية بسبب قيود التوازن التي تمنعها من تحويل جميع المركبات الكبريتية بالكامل. فمركبات مثل كبريتيد الكربونيل (COS) وثنائي كبريتيد الكربون (CS2) لا تتحلل أصلًا عبر التحلل المائي في الأقسام الحفازة. وفي الوقت نفسه، يميل ثاني أكسيد الكبريت (SO2) إلى التكوّن كلما وُجد اختلال في مستويات الأكسجين أثناء الاحتراق الحراري. وماذا يحدث بعد ذلك؟ إن هذه المركبات العنيدة تمرّ دون أن تُمسَك بواسطة المكثفات الاعتيادية، وتنتهي مباشرةً في تيار الغاز الذيلي. وبذلك، لم تعد المصانع التي تهدف إلى خفض انبعاثات الكبريت إلى أقل من ١٠ أجزاء في المليون حجميًّا، أو التي تسعى لتحقيق نسبة استرجاع كبريت تزيد على ٩٩,٩٪، قادرةً على الاعتماد فقط على وحدات كلاوس القياسية. كما أن اللوائح التنظيمية مثل معايير الأداء الخاصة بالمصادر الجديدة الصادرة عن وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) (وبشكل خاص القسم الفرعي Ja) تتطلب الآن احتجازًا شبه كامل للكبريت، ما يعني أن تركيبات كلاوس التقليدية لا تفي بمتطلبات الامتثال.

الآلية الأساسية لوحدة معالجة الغاز الذيلي: التحفيز الهيدروجيني + احتجاز كبريتيد الهيدروجين باستخدام الأمينات

وحدات معالجة الغاز الذيلي، أو وحدات TGTU باختصار، تسد هذه الفجوة المفقودة من خلال نهجها المكوّن من مرحلتين. وتتضمن المرحلة الأولى الهدرجة الحفازية، حيث تُحوَّل المركبات الكبريتية المتبقية مثل ثاني أكسيد الكبريت (SO2) وثاني كبريتيد الكربون (COS) وكبريتيد الكربون (CS2) إلى كبريتيد الهيدروجين. ويحدث ذلك بفضل محفِّزات الكوبالت والموليبدينوم التي تعمل عند درجات حرارة تتراوح بين 280 و320 درجة مئوية. وما يلي ذلك أمرٌ في غاية الإثارة. فبعد المعالجة، ينتقل الغاز إلى ما يُسمى بقسم التلامس الأميني. وتستخدم معظم المصانع إما أمين MDEA أو أمينات مُصاغة خصيصًا في هذه المرحلة. وهذه المواد تلتقط جزيئات كبريتيد الهيدروجين تحديدًا. وبعد إتمام عملية التنقية، يحتوي تيار الغاز على أقل من 10 أجزاء لكل مليون حجميًّا من إجمالي المحتوى الكبريتـي. وفي الوقت نفسه، تُعاد معالجة محلول الأمين الذي امتصّ كل هذا كبريتيد الهيدروجين (H2S) لتنقيته مجددًا، ليُعاد استخدامه في الدورة. ويعمل النظام بأكمله معًا ضمن دورة مغلقة، مستعيدًا أكثر من 99.9 في المئة من المركبات الكبريتية. وبذلك لا يتم فقط تحويل ما كان سيُعتبر نفاياتٍ إلى منتجٍ قيّمٍ يمكن بيعه، بل ويضمن أيضًا استمرار العمليات في إطار اللوائح البيئية السارية، والتي لا تزال في تطورٍ مستمر.

اختيار وتحديد حجم وحدة معالجة الغاز الذيلي لتحقيق الامتثال والكفاءة

يحدد اختيار وحدة معالجة الغاز الذيلي (TGTU) بشكل مباشر مدى امتثال التشغيل والكفاءة التكلفة في عمليات استرداد الكبريت. وعلى عكس النُّهج الموحَّدة التي تناسب جميع الحالات، فإن تحديد الحجم الاستراتيجي يتطلب تحليل القيود الخاصة بالموقع والأهداف البيئية.

مطابقة تقنية وحدة معالجة الغاز الذيلي مع تركيب الغاز المُغذِّي (مثل ارتفاع محتوى ثاني أكسيد الكربون أو الهيدروكربونات)

يُحدِّد تركيب الغاز المُغذِّي إمكانية تطبيق التقنية. ففي تدفقات الغاز عالية المحتوى من ثاني أكسيد الكربون (>15%)، تقلل الأنظمة القائمة على الأمين مثل MDEA من تدهور المذيب، بينما تتفوق عملية الهدرجة الحفازية في تحويل كبريتيد الكربونيل (COS) في التدفقات الغنية بالهيدروكربونات. وقد تتطلّب الوحدات التي تعالج المركبتان (mercaptans) مراحل أكسدة مدمجة لمنع الترسبات في المراحل اللاحقة.

عوامل التصميم: الحدود المستهدفة لانبعاثات كبريتيد الهيدروجين (<10 جزء في المليون بالحجم)، والتعرُّض لتسعير الكربون، ومتطلبات التصاريح

تتطلب الحدود التنظيمية لثاني أكسيد الكبريت (H₂S) (< 10 جزء في المليون بالحجم) استردادًا للكبريت بنسبة تزيد على 99.9%. وبما يتجاوز الانبعاثات، فإن أنظمة تسعير الكربون—مثل الرسم الأوروبي البالغ ٩٠ دولارًا أمريكيًّا لكل طن من مكافئ ثاني أكسيد الكربون (CO₂e)—تجعل التصاميم الفعَّالة من حيث استهلاك الطاقة أمراً حاسماً. كما أن الجداول الزمنية الخاصة بإصدار التراخيص تؤثر أيضاً في اختيار التكنولوجيا: إذ يمكن للوحدات المعيارية لمعالجة الغاز الذيلية (TGTUs) أن تقلِّل من وقت النشر بمقدار ٦–٨ أشهر مقارنةً بالتصاميم الهندسية المخصصة، مما يُسرِّع تحقيق الامتثال دون المساس بالأداء.

أداء مثبت: نشر وحدة معالجة الغاز الذيلية والأثر التشغيلي لها

مصنع قطر للطاقة للغاز في لفان: نسبة استرداد إجمالي الكبريت بلغت ٩٩,٩٩٪ بعد إعادة تجهيز وحدة معالجة الغاز الذيلية

حقّقت محطة لافان للغاز، التي تُشغّلها شركة قطر للطاقة مؤخرًا تقدّمًا كبيرًا في استرجاع الكبريت عقب إجراء ترقيات على نظام معالجة الغاز الذيلية الخاص بها. وقد جمعت المحطة بين تقنيات التخفيض الحفزي وتقنية غسل الغاز بالأمينات لالتقاط كبريتيد الهيدروجين (H₂S) وثاني أكسيد الكبريت (SO₂) المتبقيين اللذين يهربان عادةً من وحدات كلاوس القياسية. وقد ساهم هذا الإجراء المكوّن من خطوتين في الحفاظ على معدلات استرجاع الكبريت عند مستوى يفوق ٩٩,٩٩٪، متفوّقًا بذلك ليس فقط على اللوائح البيئية المحلية، بل ومتجاوزًا أيضًا الهدف الأولي للمحطة والمحدّد بنسبة ٩٩,٨٪. وتبيّن التشغيل الفعلي أن انبعاثات ثاني أكسيد الكبريت تبقى ضمن حدود تقلّ بكثير عن ١٠ أجزاء في المليون حجميًّا، حتى في ظل تقلّبات تركيب الغاز الداخل. وتُبرز هذه النتائج كيف يمكن لترقية وحدات معالجة الغاز الذيلية (TGTUs) أن تساعد المنشآت على الامتثال لمتطلبات الجهات التنظيمية، مع الاستمرار في إنتاج كميات تجارية قيمة من الكبريت المسترجع.

الاتجاه العالمي في التبني: ازدياد بنسبة ٦٨٪ في عمليات تركيب وحدات معالجة الغاز الذيلية منذ عام ٢٠٢٠ (وكالة الطاقة الدولية، ٢٠٢٣)

لقد عزَّزت الجهود المبذولة لتحقيق هواء أنقى من خلال تشديد قواعد الانبعاثات وفرض أسعار على الكربون بشكلٍ كبيرٍ مدى اعتماد الشركات لتكنولوجيا وحدة معالجة الغاز الذيلي (TGTU) على مستوى العالم. وتقرّر وكالة الطاقة الدولية أن أعداد الوحدات المُركَّبة ازدادت بنسبة تقارب ٧٠٪ بين عامَي ٢٠٢٠ و٢٠٢٣، وذلك بينما عمل مشغِّلو المصانع على إصلاح الأنظمة القديمة التي لم تكن تلتقط كمية كافية من الكبريت. وما يمنح هذه التكنولوجيا قيمتها العالية هو قدرتها على استخلاص ما يقرب من كلّ الكبريت الموجود في غازات العادم، وهي ميزة بالغة الأهمية في المناطق التي تشترط فيها اللوائح التنظيمية أن تكون مستويات ثاني أكسيد الكبريت أقل من ٥٠ جزءًا في المليون حجميًّا. علاوةً على ذلك، تعمل وحدة معالجة الغاز الذيلي (TGTU) بكفاءة عالية في مختلف الترتيبات التشغيلية: فبإمكان وحدات معالجة الغاز الصغيرة تركيب نسخ مدمَّنة منها، بينما تدمج المصافي الكبيرة هذه الوحدات في عملياتها مع استمرار ارتفاع تكاليف الكربون عامًا بعد عام.

الأسئلة الشائعة

ما هي وحدة معالجة الغاز الذيلي (TGTU)؟

وحدة معالجة الغاز الذيلي (TGTU) هي نظام مُصمَّم لتحسين استرداد الكبريت من تيارات الغاز الذيلي عن طريق تحويل المركبات الكبريتية المتبقية مرة أخرى إلى كبريتيد الهيدروجين، الذي يمكن بعد ذلك احتجازه ومعالجته.

لماذا لا تكفي وحدات كلاوس لإزالة الكبريت؟

تتمثَّل محدوديات وحدات كلاوس في قيود التوازن الكيميائي، حيث لا تقوم بتحويل جميع المركبات الكبريتية مثل كربونيل السلفايد (COS) وثنائي كبريتيد الكربون (CS2). علاوةً على ذلك، لا يمكن إدارة تشكُّل ثاني أكسيد الكبريت (SO2) الناتج عن اختلال التوازن في تركيز الأكسجين بشكلٍ كافٍ باستخدام وحدات كلاوس وحدها.

ما الفوائد المترتبة على استخدام وحدة معالجة الغاز الذيلي (TGTU)؟

يسمح استخدام وحدة معالجة الغاز الذيلي (TGTU) بمعدلات استرداد كبريت تفوق ٩٩,٩٪، ويقلِّل الانبعاثات ويضمن الامتثال للمتطلبات البيئية. كما أن هذه الوحدة تحوِّل ما كان ليكون نفايةً إلى كبريتٍ ذي قيمة تجارية.

ما العوامل المؤثرة في اختيار وحدة معالجة الغاز الذيلي (TGTU)؟

تؤثر عوامل مثل تركيب غاز التغذية، والحدود المستهدفة للانبعاثات، والتعرُّض لتسعير الكربون، ومتطلبات التصاريح في تحديد نوع وحدة معالجة الغاز الذيلي (TGTU) وأبعادها بما يتناسب مع احتياجات المنشأة المحددة.